跨越五大障碍，激光雷达有望实现新突破

　　打破成本壁垒

　　缩小LiDAR系统尺寸背后相同的技术和思路，也可以用于大幅节约成本!半导体VCSEL，特别是940nm波长的VCSEL激光器，利用现有的半导体工艺，针对手机等大规模生产的产品进行优化，使用硅基芯片代替了1550nm激光器和传感器中价格更昂贵的磷化铟(InP)和铟镓砷(InGaAs)器件。

　　当您将这些工艺和材料所节省的成本整合计算后，每个LiDAR单元的成本可以降至200美元或更低，而目前许多机械和1550nm解决方案的成本都超过1000美元。以这样的价格，在无人驾驶汽车上使用多个LiDAR单元以获得先进的传感能力和更高的安全性要实际得多。

　　提高可靠性

　　当今的LiDAR技术大多是基于旋转镜或MEMS微镜。这些技术包含很多运动部件，它们的生产成本和故障率都很高。值得注意的是，许多LiDAR系统必须在不太理想的气候和高振动环境下运行。理想的940nm波长的VCSEL模块化激光技术可在通过AEC-Q100认证的一级温度范围内(-40°C至125°C)的汽车中工作。这项技术已经在电信领域应用了二十多年，可靠性极高。此外，这些新型VCSEL激光器已经针对远程LiDAR的功率要求和AEC-Q100认证一级温度范围，进行了数百万小时的等效运行测试，性能没有出现任何意外降低。

　扩大探测范围

　　通常，由于人眼安全限制，905nm波长的边缘发射激光器(EEL)只能在100米左右的范围内使用，而1550nm波长的激光器可用于实现远距离并对人眼安全的照明。然而，在可以预见的未来，1550nm波长激光器和传感器的成本是令人望而却步的。LiDAR行业流传着自己的传说，认为实现这一长距离探测的唯一方法，只有通过使用这些昂贵的1550nm波长的激光器和传感器。

　　940nm波长的VCSEL激光器结合了独特优势，既利用了太阳光谱在940nm的大幅下降(太阳光干扰较小)，又利用了大规模、低成本的VCSEL技术。940nm处环境光噪声的降低，使得在较低的激光功率下可以获得更广的探测范围。现在，已经在移动电话中使用了940nm波长的VCSEL激光器，以便在极低功率和短距离内实现3D传感。现在，VCSEL技术可以在相当远的距离内使用，并且还能保护人眼安全。

　　针对人眼安全的创新

　　由于人眼安全限制，905nm波长的EEL激光器通常只能限制在100米左右的范围内使用。尽管红外激光附近的高功率连续波会穿透视网膜并损伤视力，对人眼产生伤害，但是人眼可以承受(人眼安全)在较低占空比下极短脉冲(十亿分之一秒脉冲)的高功率940nm波长的光源。如今的940nm波长VCSEL阵列与EEL激光器等高亮度点光源完全不同。

　　940nm波长的VCSEL阵列包含很多单颗VCSEL激光器，每个激光器功率相对较低，使用短脉冲，因此对人眼比较安全。该技术使用窄脉冲(十亿分之一秒)以非常低的重复频率运行。当这些VCSEL组合成阵列时，它会产生具有很高输出功率的分布式光源，从而来实现长距离探测，但其平均功率很低，并且分布式光源不会损坏视网膜。例如，TriLumina开发出了对人眼安全的倒装芯片940nm波长脉冲VCSEL阵列，其600W峰值光功率可以支持超过250米的探测距离，具有低占空比的特点，平均光功率仅为半瓦。

图2 TriLumina开发出了对人眼安全的倒装芯片940nm波长脉冲VCSEL阵列

　　LiDAR的广泛部署有望实现

　　虽然现在MEMS和机械式LiDAR面临的挑战确实是广泛部署LiDAR技术的主要障碍，但这可以通过有望在2019年初完成车规认证的新型VCSEL激光技术来克服。想象一下在车内和车外都有感应功能的无人驾驶汽车，将可以大大减少每年超过3.7万的交通事故死亡人数，并且实现无人驾驶。

　　这些目标只能通过控制成本、减小尺寸、满足汽车可靠性要求和扩大探测距离，同时确保人眼安全来实现。利用正确的激光技术，LiDAR将可以采取下一步措施迈向更广泛的部署。

　　TriLumina目前正为汽车ADAS(Advanced Driver Assistance Systems，高级驾驶辅助系统)应用开发VCSEL产品，并针对性能、尺寸、成本、人眼安全和汽车一级资质等各个特定领域进行研究，以实现LiDAR的广泛部署。这是基于专利倒装芯片和背发射VCSEL阵列，而该阵列可将高脉冲功率阵列、集成微光学器件和电子束转向集成在一个芯片上。